稳定器控制装置

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技术领域\n本发明涉及用于车辆的稳定器控制装置。更具体地说，本发明是有关于 由电动机可变地控制的一稳定器控制装置。\n背景技术\n用于车辆的稳定器控制装置配置为在车辆的转向运动过程中，由该稳定 器的操作从外部提供合适的横滚力矩，以减小或抑制车辆的横滚运动 (Rolling motion)。已知的车辆横滚稳定系统包括致动设备，该致动设备 在专利申请号为No.2002-518245的PCT国际公开的日本译文中给出，其包 括均分于前轴和后轴之上的稳定杆和设置在稳定杆二等分处的摆动驱动器 (slewing drive)。\n在专利申请号为No.2002-518245的PCT国际公开的日本译文中给出的 车辆横滚稳定系统包括锁定装置，其用于转向时在稳定器的均分部分处锁定 向相反方向的位移，从而与不包括横滚稳定系统的车辆相比，减小了超出调 整范围的横滚运动。使用电磁作用制动器(electromagnetic application brake)或电磁释放制动器(electromagnetic release brake)用于该锁定。 一旦使用电磁作用制动器，它确保在车辆横滚稳定系统处于故障时，设置于 前轴和后轴处的调整致动器被锁定在各自的中立位置处，以克服车身直行的 倾斜幅度。彼此相对锁定的稳定器的均分部分作为被动扭力杆。\n虽然，利用专利申请号为No.2002-518245的PCT国际公开的日本译文 中给出的车辆横滚稳定系统的结构，需要在电动机和减速齿轮装置之间设置 诸如电磁作用制动器或电磁释放制动器的机械装置以用于锁定，其必然会增 大致动器的尺寸。此外，由于稳定杆保持在车身处，并且稳定杆的端部固定 在车辆横滚稳定系统的一具有致动器的悬挂件，当将致动器设置于车辆中 时，由于布局的限制，致动器的尺寸增大不利于安装。\n需要这样一种稳定器，即使在没有电源并且该稳定器处于故障时，其能 够保持合适的横滚特性，而不会增大致动器的尺寸，来抑制稳定器的扭转刚 性。\n发明内容\n根据前面所述，本发明提供一种稳定器控制装置，其包括设置于车辆的 右轮、左轮之间的一对稳定杆；一电动机；设置于所述一对稳定杆之间的致 动器，致动器包括电动机；以及用于依照车辆转向状态控制电动机的一控制 装置；设置于电动机中的线圈；与电动机的线圈并联设置的至少一个电动机 继电器。在该车辆的转向运动过程中，当电动机的电源中断时，电动机继电器被短路。\n依照本发明，当电动机没有被供电时，通过短路该电动机马达可维持该 较佳的横滚特性；并且可在不增加该致动器尺寸的情况下，判定该稳定器控 制设备的故障。\n附图说明\n参照附图，从下面的详细描述，本发明的前述和其它特征和特性将变得 更清楚，其中：\n图1是包括依照本发明的第一实施例的稳定器控制装置的车辆的总图。\n图2示出了依照本发明的第一实施例的稳定器致动器的结构。\n图3示出了依照本发明的第一实施例的稳定器控制单元的方块图。\n图4示出了一系统的图表，该系统由根据本发明的第一实施例的稳定器 致动器，依据转向状态控制横滚刚性。\n图5是依照本发明的第一实施例的一方块图，其示出了该稳定器致动器 通过一连接器连接至电动机驱动电路的情形。\n图6是示出了依照本发明第一实施例的用于主动横滚抑制控制的系统的 简图。\n图7是示出了图6的主动横滚抑制控制的系统的简图。\n图8是示出了根据本发明的第一实施例的电动机控制的系统的简图。\n图9是示出了依照本发明的第一实施例的第一故障判定计算的流程图。\n图10是示出了依照本发明的第一实施例的第二故障判定计算的流程图。\n图11是示出了依照本发明的第一实施例的第三故障判定计算的流程图。\n图12示出了依照本发明的第一实施例，车辆在恒定转向状态过程中， 稳定器控制装置在故障的情形下，稳定器控制装置的特性简图。\n图13是示出了在产生了车辆横滚角并且车辆保持该状态进行之后，稳 定器控制装置被推定为故障的情形下，该稳定器控制装置的特性图表。\n图14是当检测前轮的横滚刚性比的初始值时，示出的特性图表。\n图15是示出了依照本发明的第二实施例的稳定器致动器的结构的图形。\n具体实施方式\n以下参照附图详细描述本发明的实施例。\n如图1所示，稳定器控制装置包括用于前轮的稳定器SBf和用于后轮的 稳定器SBr，当横滚运动(Rolling motion)输入至车辆时，其作为扭力弹簧。 用于前轮的稳定器SBf和用于后轮的稳定器SBr构造为通过稳定器致动器 FT、RT可变地控制各自的扭转刚性，以相应于车身的横滚运动限制车身的横 滚角。设置于电子控制单元ECU中的稳定器控制单元ECU1控制稳定器致动 器FT、RT。\n如图1所示，每个轮子WHfr、WHfl、WHrr、WHrl具有每个轮子的速率 传感器WSfr、WSfl、WSrr、WSrl。通过EPS(Electric Power Steering) 操纵前轮WHfr、WHfl。轮子速率传感器WSfr、WSfl、WSrr、WSrl连接至电 子控制单元ECU，从而脉冲信号具有与轮子速率成比例的脉冲数，也就是说， 将每个轮子的转动速率输入至电子控制单元ECU。此外，电子控制单元ECU 与转向角传感器SA连接用于检测方向盘SW的转向角δf，与纵向加速度传 感器XG相连用于检测车辆的纵向加速度Gx，与横向加速度传感器YG相连用 于检测车辆的横向加速度Gy，以及与偏航速率传感器YR相连用于检测车辆 的偏航速率(yaw rate)Yr。\n电子控制单元ECU包括稳定器控制单元ECU1、制动控制单元ECU2和操 纵控制单元ECU3。控制单元ECU1-3通过通信单元与通信总线连接，该通信 单元包括CPU、ROM和各自用于通信的RAM。这样，可从其它的控制系统发送 用于每个控制系统使用的信息。\n如图2所示，用于前轮的稳定器SBf被均分成稳定杆SBfr和稳定杆 SBfl。在右侧的稳定杆SBfr的第一端与右前轮连接。在左侧的稳定杆SBfl 的第一端与右前轮连接。稳定杆SBfr和稳定杆SBfl的其中之一的第二端通 过一减速器RD连接至电动机M的转子RO。稳定杆SBfr和稳定杆SBfl中的 另一个的第二端连接至电动机M的定子SR。通过保持装置HLfr、HLfl将稳 定杆SBfr和稳定杆SBfl保持在车身中。这样，当激励电动机M时，由于相 对于稳定杆SBfr和稳定杆SBfl产生的扭力改变了地面上的前轮的稳定器 SBf的扭力弹簧的特性，这样就控制了车身的横滚刚性。稳定器致动器RT的 结构与稳定器致动器FT的结构一样。\n前轮稳定器SBf处，包含在稳定器致动器FT中的电动机M，由稳定器控 制单元ECU1进行控制驱动。如图3所示，稳定器控制单元ECU1包括继电器 驱动电路RC、电动机驱动电路MC、电流检测部件IS、控制器CT和稳压器。 控制器CT控制从电动机驱动电路MC施加给电动机M的驱动电流。在这种情 况下，电流检测部件IS检测从电动机驱动电路MC供给的驱动电流，并与由 一转动角检测装置RS检测到的电动机M的转动角信号一起，反馈给该控制 器CT。\n该控制器CT基于包括操作者的转向角δf和车辆运动状态量的信号，控 制横滚限制控制、电动机伺服控制和故障判定。依照该控制器CT的控制和 判定结果，控制继电器驱动电路RC和电动机驱动电路MC，并控制电动机继 电器RY和电动机M。在该装置产生故障时，由电动机继电器RY短路电动机 M的接线端。这利用在电动机M处产生的反电动势在电动机M处产生制动扭 矩。因此，可以抑制车身横滚角(roll angle)的突然改变。\n如图4所示，配置为用以短路接线端的继电器RLY1、RLY2、RLY3设置 在三相电动机M之间，并设置为与该电动机M的线圈L1、L2、L3并联。具 有图4所示的结构，继电器RLY1、RLY2、RLY3被定位于能够短路电动机M 的U-相、V-相、W-相中的每一相。由于通过三相中任何两相的短路可以短路 所有相，可以省略继电器RLY1、RLY2、RLY3中的一个继电器。此外，由于 在三相之中的至少两相之间获得短路时就可获得制动扭矩，至少一个电动机 继电器足以实现它的功能。在作为系统需要冗余的情况下，优选在所有三相 之间设置该电动机继电器。虽然无刷的三相电动机可用于电动机M，电动机 的构造是非限制性的，而且可以使用包括不同相数的电动机M和换向式电动 机。\n在基于包括控制器CT的故障判定计算在内的故障判定方法的判定结果， 判定该装置(比如稳定器致动器FT)处于故障状态的情况下，继电器RLY1、 RLY2、RLY3的电路就被短路。由于继电器RLY1、RLY2、RLY3是常闭式继电 器(normal close type relays)，假定在无激励的状态下是短路，在电动 机M的线圈L1、L2、L3处形成短路。这样，由电动机M的旋转产生的反电 动势产生的电流在短路了的继电器电路中流动。换句话说，在电动机M的各 个的线圈L1、L2、L3的末端的电势差不存在了，从而电动机M工作停止。 在这种情况下，电动机M的旋转产生的反电动势产生的电流短路了。\n由反电动势产生的电流在线圈L1、L2、L3处流动，并被电路的内阻抗 消耗，电流值逐渐降低，其作为电动机M的制动扭矩起到施加制动力以阻止 由外部力(也就是车身的惯性力)引起的、相对于电动机M的旋转的作用。 这样，由包括继电器RLY1、RLY2、RLY3的电动机继电器RY形成短路，由短 路的形成产生的反电动势施加制动扭矩给电动机M，并抑制了车身横滚角的 改变。此外，进行了相对于电动机M的期望的减速，从而车身横滚角变化包 括良好的特性。在那种情况下，可以周期地多次重复继电器RLY1、RLY2、RLY3 的短路的接通和关闭，并控制每个继电器RLY1、RLY2、RLY3短路的时机和 持续时间，以应用良好的模式。\n参照图12将给出在车辆转向运动过程中产生故障时，本实施例结构的 效果。在不使用依照本发明实施例的稳定器控制装置的情况下，由于位于一 对稳定杆之间的、用于控制各个的稳定杆的相对位置的电动机在外力(也就 是作用于车身的惯性力)的作用下旋转，稳定器的扭转刚性下降。这样，车 身的横滚角突然增加，呈现出图12的虚线表示出的特性。另一方面，由依 照本发明实施例的稳定器控制装置的结构，当在时间T1处(在图12中给出) 判定到故障时，立刻短路电动机继电器RY从而使每个继电器接线端之间的 电压为零。因此，产生反电动势，从而在电动机M处产生制动扭矩以控制电 动机M在外力(也就是作用于车身的惯性力)作用下的转动。这样，如图12 中的实线所示，由于抑制了车身横滚角的增加，而且车身横滚角的变化随时 间变化幅度变小，操作者更有可能应付故障。\n在车身产生横滚角之后产生故障，同时车辆保持具有产生的横滚角的状 态继续行进，并且依照本发明的稳定器控制装置没有工作时，如图13所示， 当在时间T2处判定到故障，突然释放稳定器的扭转动作，以停止激励电动 机M。这样，在依照本发明的实施例的稳定器控制装置没有工作的情形下， 车辆的车身横滚角突然减小，操作者感到很不适。换句话说，由依照本发明 的实施例的稳定器控制装置的结构，一旦在时间T2判定到故障，由于在电 动机接线端之间形成短路，并且施加制动扭矩给电动机M，车身横滚角逐渐 减小，其不会给操作者提供不适的感觉。\n故障包括电源系统PW的故障和其他故障，首先，下面解释电源系统PW 的故障。即使没有电源施加给稳定器致动器，电动机接线端也必须被安全地 短路。图4中的继电器RLY1、RLY2、RLY3是常闭式继电器，其在无电源供 应的非激励态短路。当系统工作时，首先，每个继电器被从关闭位置驱动到 打开位置，取消电动机接线端之间的短路，并且对电动机M进行激励。\n而且，一旦在电线上使用连接器，要考虑连接器脱开的可能性。在将稳 定器致动器FT(或稳定器致动器RT)通过连接器CN连接至电动机驱动电路 MC的情况下，如图5所示，优选将电动机继电器RY相对于连接器CN定位在 电动机M的一侧，从而即使电动机继电器RY的连接器脱开，也可可靠地获 得短路状态。\n参照图6详细解释在图5中示出的主动横滚控制系统(the system of active roll control)。通过操作者操作检测装置M11检测包括转向角δf 的信息，并通过车辆驱动状态检测装置M12检测操作者转向操作时，包括车 辆速率、横向加速度和偏航速率的车辆运动状态量。基于前述信息，在车辆 的主动横滚力矩目标值计算部分M13处，计算用于获得车辆的优选的横滚特 性的车辆主动横滚力矩目标值。基于操作者的转向操作和在车辆行为判定计 算部分M14的车辆运动状态量，判定车辆的转向特性(也就是说转向不足或 过度转向)。其后，依照计算得到的转向特性和在前轮和后轮横滚刚性比率 目标值计算部分M15处的车辆运动状态，计算前轮和后轮的横滚刚性比率的 目标值。基于横滚刚性比率的目标值和在前轮和后轮主动横滚力矩目标值计 算部分M16处的主动横滚力矩，计算前轮和后轮的主动横滚力矩的目标值。 基于在致动器伺服控制部分M17处的目标值控制前轮和后轮处的稳定器致动 器FT、RT。电动机继电器RY(如图5所示)定位于用于驱动致动器的电动 机M的接线端之间。电动机继电器RY由一继电器驱动装置M19控制。基于 故障判定装置M18的判定结果而有故障产生时，该继电器驱动装置M19被控 制为从打开位置变到关闭位置，以短路继电器的接线端。这样，故障时制动 扭矩施加到电动机M上，以抑制车身横滚角的突然改变。\n参照图7进一步详细解释主动横滚控制ARC。基于通过来自于横向加速 度传感器YG的信号获得的横向加速度Gy、通过将横向加速度Gy对时间进行 微分获得的横向加速度变化量dGy、由转向角δf和车辆速率Vx计算得到的 横向加速度Gye、和车辆主动横滚力矩目标值计算部分M13通过将该计算的 加速度Gye对时间进行微分获得计算的横向加速度变化量dGye，来计算主动 横滚力矩量RMv，其用于限制整个车身的横滚运动。按如下方式计算该计算 得到的横向加速度Gye：\nGye＝(Vx2·δf)/{L·N·(1+Kh·Vx2)}\n在此，L代表轴距，N代表转向齿轮比，以及Kh代表刚性系数。\n应用到整个车辆，用于得到理想的横滚特性的该主动横滚力矩Rmv，由 如下的公式获得：\nRmv＝K1·Gy+K2·dGy+K3·dGye+K4·dGye\n在此，K1、K2、K3、K4相应于控制增益。为了补偿致动器的响应和控制 计算的延迟，考虑从该转向角δf和车辆速率Vx获得的计算的横向加速度 Gye和计算的横向加速度变化量dGye。\n用于前轮和后轮的横滚刚性比目标值计算部分M15确定在前轮和后轮处 的横滚刚性比的目标值。基于车辆速率Vx确定在前轮一侧和后轮一侧处的 横滚刚性比的初始值Rsrfo、Rsrfo。在车辆低速时，前轮处的横滚刚性比的 初始值Rsrfo被确定为高值，并在车辆高速时也被确定为高值，如图14所 示。前轮处的横滚刚性比的初始值Rsrfo也被确定为具有一较强的转向不足 的倾向。通过从1中减去在前轮处的横滚刚性比的初始值(也就是1-Rsrfo)， 来确定后轮处的横滚刚性分配比的初始值Rsrro。其后，基于在车辆行为判 定计算部分M14处计算的偏航速率误差ΔYr计算横滚刚性比修正值Rsra。 通过比较实际偏航速率Yr和由转向角δf和车辆速率Vx计算出的目标偏航 速率Yre，来获得偏航速率误差Δyr，用于区别车辆的转向特性。\n因此，一旦车辆有转向不足的趋势，修正横滚刚性比，使在前轮一侧的 横滚刚性比下降和在后轮一侧的横滚刚性比增大。与此相反，一旦车辆有过 度转向的趋势，修正横滚刚性比使在前轮一侧的横滚刚性比增大和在后轮一 侧的横滚刚性比下降。其后，基于在前轮处的横滚刚性比目标值Rsrf和在 后轮处的横滚刚性比目标值Rsrr，以及车辆主动横滚力矩目标值Rmv，在用 于前轮和后轮的主动横滚力矩目标值计算部分M16处分别确定在前轮处和在 后轮处的主动横滚力矩目标值Rmf和Rmr。前轮和后轮的主动横滚力矩目标 值Rmf和Rmr以下述公式确定。\nRmf＝Rmv·Rsrf\nRmr＝Rmv·Rsrr\n在用于前轮的稳定器致动器FT处和用于后轮的稳定期致动器RT处产生 的扭转力，基于前轮的主动横滚力矩目标值Rmf和后轮的主动横滚力矩目标 值Rmr来确定，由此控制电动机M。\n电动机M，例如，以如图8所示的方式被控制。在电动机输出目标值计 算部分M12处由主动横滚力矩目标值Rmf和Rmr计算电动机输出的目标值。 将获得的电动机输出的目标值与实际的电动机输出进行比较，以在电动机输 出误差计算部分M22处获得电动机输出误差。基于在PWM输出计算部分M23 处的电动机输出误差确定输出至电动机M的PWM输出，用于控制在电动机驱 动电路MC处的开关部件。\n下面将描述故障判定。基于从通信总线获得的传感器非正常标记判定故 障。通过如图1所示的通信总线输入用于计算车辆速率Vx、横向加速度Gy 和偏航速率Yr等等的、用于主动横滚控制的转向角δf、车辆速率Vx或轮 子速率Vwx的信号。每个传感器包括用于判定故障的自检测功能。当在每个 传感器处判定到故障时，在通信总线上提供传感器非正常标记。在这种情况 下，通过图6的故障判定装置M18判定故障并将用于故障判定的信息传输至 继电器驱动装置M19。\n如果在传感器之间观测到产生的非正常。当在车辆状态量之间以预定关 系产生不一致时，判定传感器非正常，并在通信总线上提供传感器非正常标 记。例如当在横向加速度Gy和车辆速率Vx乘以偏航速率Yr之间的误差(也 就是Gy和Yr·Vx)呈现出等于或大于预定值时，判定为故障，其中车辆速 率Vx、横向加速度Gy和偏航速率Yr之间的关系近似为：在正常运行状态下， 横向加速度Gy等于车辆速率Vx乘以偏航速率Yr(即，大致为Gy＝Yr·Vx)。\n基于主动横滚控制的每个目标值和来自于每个传感器的真实测量值(即 实际测量值)可判定故障，其作为如图4或其它的故障判定计算。在图9-11 中给出了用于故障判定计算的步骤。如图9所示，给出了用于故障判定计算 步骤的第一实施例，在步骤101处初始化故障判定计算。在步骤102处读出 目标值的当前值Xn。在步骤103处读出目标值的上一值Xn-1。在步骤104，比 较当前值Xn和上一值Xn-1。在正常状态下，目标值的当前值Xn和目标值的上 一值Xn-1没有很大的不同。目标值的当前值Xn和目标值的上一值Xn-1之间的误 差的绝对值的增大显示了用于产生误差的状态量的非正常。当目标值的当前 值Xn和目标值的上一值Xn-1之间误差的绝对值呈现出等于或大于预定的值H1 时，在步骤105处判定出故障。在图9-11中示出的目标值对应于在图7-8 中示出的目标值。\n如图10所示的用于故障判定计算步骤的第二实施例，在步骤201处初 始化故障判定计算。在步骤202和203处读出目标值Yt和实际值Ya。在步 骤204比较目标值Yt和实际值Ya。当目标值Yt和实际值Ya之间误差的绝 对值呈现出等于或大于预定的值H2时，在步骤204处判定故障。在图7-8 中示出的主动横滚控制基本上基于目标值和实际值之间的误差来进行。在通 常的操作中，目标值Yt和实际值Ya没有很大的差异。由于用于产生目标值 Yt的状态量的非正常、用于检测实际值Ya的传感器和计算结果等等，目标 值Yt和实际值Ya之间误差的绝对值就会增大。当在步骤205处目标值Yt 和实际值Ya之间误差的绝对值呈现出等于或大于预定的值H2时判定故障。 目标值Yt和实际值Ya对应于在图7-8中示出的目标值(也就是计算值)、 传感器值。\n如图11所示，其是用于故障判定计算步骤的第三实施例，在步骤301 处初始化故障判定计算。在步骤302处读出通过传感器检测的实际值Za。在 步骤303比较实际值Za和预定值H3。当实际值Za等于或大于预定值H3时 判定故障。例如当通过检测图3的电动机驱动电路MC的电动机驱动电流， 而检测到等于或大于预定值的过电流时，进行故障判定。实际值可以具有上 限值或可以具有较佳值等等。例如，当来自旋转角检测装置RS(如图3中所 示)的旋转角等于或大于预定值，或等于或小于预定值H4时，尽管车辆处 于预定的转向状态，在步骤304处也判定故障。\n参照图15给出本发明的第二实施例。均分的稳定杆设置于稳定器致动 器SCA的末端。通过保持装置HLfr、HLfl分别保持稳定杆SBfr、SBfl。稳 定器致动器SCA连接至悬挂臂。用于提供扭转刚性的电动机SM设置于一个 均分的稳定杆，例如，稳定杆SBfl，的轴上。电动机SM包括多极无刷电动 机和中空电动机定子MS和设置于稳定杆SBfl的轴上的电动机转子MR。电动 机转子MR包括圆柱件MH，其末端通过轴承支撑。在圆柱件MH处提供有多极 磁体。电动机SM包括转动传感器RAS，用于检测接近于电动机转子MR的稳 定杆SBfl和SBfr的轴的转动。转动传感器RAS包括以环形配置的磁铁并包 括与电动机转子MR的磁体的同相位。\n稳定器致动器SCA包括减速齿轮PGU，减速齿轮包括弗格森机械悖论 (Ferguson Mechanical Paradox)，其包括中心齿轮、多个行星齿轮和多 个环状齿轮，用于在减速之后，传输电动机SW的转动产生的驱动力。电动 机SM的转动由减速齿轮PGU减速后，以向稳定杆SBfl和SBfr传输扭转力。 用于减速齿轮PGU的齿轮组合，是考虑了电动机的技术规格和齿轮的减速比 来确定的。因此，由本发明的第二实施例，通过稳定器致动器SCA相对于稳 定杆SBfl和SBfr主动地提供该扭转刚性，可以抑制或减小在车辆运动时产 生的车辆横滚。\n依照本发明的实施例，当电能没有供给到电动机并且判定稳定器控制装 置故障时，可以不必增加致动器的尺寸，而通过短路电动机继电器维持理想 的横滚特性。\n依照本发明的实施例，可以可靠地对电动机接线端之间进行短路。\n依照本发明的实施例，通过控制电动机继电器的短路时间提供期望的车 身横滚角变化值。\n已经在前述描述了本发明的原理、优选实施例和操作模式。然而，本发 明想要保护的不只是限于已公开的具体实施例。进一步的，在此给出的实施 例是用于解释而不是来限制的。只要不脱离本发明的精神可以进行其它的变 化和改变和实施等价替换。因此，落入权利要求中限定的本发明的精神和范 围中的所有这种变化、改变和等价替换，均包含在本发明中。